高毒力肺炎克雷伯菌的研究进展

2019-02-16席健峰刘效伊姜良勇邹佳贺

山东化工 2019年24期

席健峰，刘效伊，姜良勇，李强，邹佳贺,王勇*

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江佳木斯 154003；2.深圳市龙岗区妇幼保健院，广东深圳 518172；3.佳木斯市中心医院，黑龙江佳木斯 154003)

肺炎克雷伯菌(KP)是一种极为常见的病原菌，它属于肠杆菌科克雷伯氏菌属，其所导致的疾病在克雷伯氏菌属中居于首位。现已成为继大肠埃希菌后，临床排名第二位导致感染性疾病的肠杆菌科细菌。肺炎克雷伯菌根据毒力特点的不同可化分为毒力较弱的普通型肺炎克雷伯菌(cKP)和毒力较强的高毒力肺炎克雷伯菌(hvKP)。cKP主要定殖于宿主的上呼吸道和消化道，当宿主免疫功能低下的时候可引起肺部、血液、腹部、泌尿道、伤口和软组织的感染，为临床主要的条件致病菌。hvKP于我国台湾地区首次发现后，整个亚洲地区对这种菌的报道相继增多，随后在美国的南部地区、美国的北部地区、中东地区、欧洲地区、非洲地区以及澳大利亚陆续发现相关病例，其中以台湾地区最为多见。

1 hvKP的流行现状

20世纪80年代时我国台湾地区学者首次报道了肺炎克雷伯菌导致原发性肝脓肿并且发生了远处转移的特殊病例，从而引起了广大科研学者的注意。经研究发现这种肺炎克雷伯菌的毒力明显强于cKP，并将其命名为高毒力肺炎克雷伯菌(hvKP)[1]。自台湾首次发现这种hvKP后，整个亚洲地区对这种菌的报道越来越多，随后在美国的南部地区、美国的北部地区、中东地区、欧洲地区、非洲地区以及澳大利亚，其中以台湾地区最为多见。hvKP主要引发侵袭性感染，如血流感染和化脓性肝脓肿(PLAs)，主要感染免疫功能正常的年轻个体。hvKP的毒力因子包括：荚膜多糖，菌毛，脂多糖和铁的摄入[2]，这些特征导致其具有独特的致病能力。

尽管近年来世界各地都有关于hvKP感染的相关报道，但所幸并未发生区域性的流行，因而学界并未对其流行特点加以关注。有学者对非患病的华裔志愿者的KP肠道携带情况进行研究后发现，有23%的志愿者携带有K1和K2血清型，并对其进行相关序列分析，结果显示这些K1型的菌株属于ST23型，而hvKP的重要流行型就是ST23型[3]。与K2血清型相关的型有ST65，ST66，ST86，ST374，ST375和ST380等，其中最为常见的是ST65型[4]。hvKP已经从中国台湾地区、韩国等局部地区扩散为全球性的流行性疾病。

2 hvKP的毒力因素

2.1 荚膜多糖

研究表明，hvKP的毒力一部分来源于其特殊的荚膜结构，这种特殊的结构决定了细菌的抗吞噬、黏附、抗血清杀菌和远处转移的特征，根据荚膜多糖可以把肺炎克雷伯菌分为82个血清型[5],到目前为止已有报道与hvKP有关的8个血清型包括K1、K2、K5、K6、K20、K54和K57以及最新发现的KN1[6]。其中以K1、K2型最为常见且毒力相对较强。近年来该流行趋势越发的严重，现已成为临床细菌性肝脓肿的重要致病菌，这一现象首先发生在亚洲地区，其中K1血清型常继发远处转移。对大部分社区获得性肝脓肿(CA-PLA)患者标本的检测显示，CA-PLA患者的致病菌中hvKP菌株荚膜分型均为K1和K2,因此最初将这两种血清型认为是感染CA-PLA的关键毒力因子[7]。

2.2 毒力基因

(1)黏液表型调节基因A(rmpA):rmpA基因是调控黏液性菌落的重要因子。rmpA无论是位于染色体上还是质粒上，都能够编码RmpA/RmpA2蛋白，参与KP黏液表型的调控。对来源于不同地区的30株hvKP的全基因组测序结果显示rmpA基因在所有菌株均被表达[8]。尽管hvKP多数菌株均携带rmpA基因，但也并不是所有超黏性菌株都能检测出rmpA基因[9]。由于其在高黏性表型肺炎克雷伯菌中的阳性率达到了92.8%，因此rmpA基因可作为鉴定hvKP的重要标志[10]。Yu等[11]认为致肺炎克雷伯菌引起肝脓肿和其他部位脓肿的菌株均为rmpA阳性。但也有研究者认为rmpA基因并非导致肝脓肿的独立因素[7],Shen等[12]在对101名肺炎克雷伯菌性肝脓肿患者的菌株研究时发现rmpA基因携带率高达81% ,这一结果提示在肝脓肿中其他毒力因子也起到了一定的作用。

(2)黏液相关基因A(magA):magA基因与hvKP的荚膜合成有关，但magA基因仅存在于K1型菌中，编码特异性的聚合酶(wzy-K1)参与荚膜合成[13]。magA被认为是hvKP的重要的毒力基因，如果位于同一基因簇上的wcaG、rfbP基因缺失，菌株则会失去高黏液表型且毒力也会相应的下降[14]。

(3)铁是细菌生长繁殖所必须的物质。细菌感染人体后，由于人体内大部分的铁与转铁蛋白结合，因此游离状态的铁很少，从而抑制细菌的生长。由于KP通过分泌铁载体系统，使其对铁的亲和力大大增加进而和宿主竞争铁，从而使KP迅速生长繁殖。铁载体是细菌在低铁的情况下合成的一种低分子量的化合物。研究发现，hvKP比cKP对铁的摄取能力提升了6～10倍[15]。KP的重要铁载体包括需氧菌素(aerobactin)，肠菌素(enterobactin)，沙门菌素(salmochelin)和耶尔森肠杆菌素(yersiniabactin)。在小鼠感染模型中Aerobactin使hvKP的毒力增强100倍，是hvKP中最重要的铁载体[16]。根据数据的对比显示，鼠疫耶尔森杆菌素在hvKP中表达得更加明显[17]。这些数据证实了在hvKP中广泛存在Alls因子和铁离子获取因子Kfu。所以跟cKP相比hvKP获取铁的能力更强，同时使hvKP的毒力更强。然而，唯有K1型菌株中存在Alls和Kfu,在其他血清型的菌株中并不携带这2种毒力因子。故而有观点认为，在肝脓肿K1血清型所占的优势估计是因为它所携带了这2种毒力因子[5]。

(4)一般认为与KP的粘附有关的菌毛是Ⅰ型和Ⅲ型，菌毛被认为是另一类较为重要的毒力基因。Ⅰ型菌毛是细菌表面上的线状突起，由fimA-H基因编码。Ⅲ型菌毛是螺旋状的细丝，在KP中由mrkABCD基因簇编码。有研究显示，KP利用环境因素来调节Ⅰ型菌毛的表达，Ⅰ型菌毛在泌尿道中表达，但未在胃肠道或肺中表达，有助于编码Ⅰ型菌毛的hvKP在泌尿道的粘附，引起尿道炎和膀胱炎[18]。有报道称无论是hvKP还是cKP均携有Ⅰ型和Ⅲ型菌毛，但也有mrkD基因仅在hvKP中检出，并与K2血清型密切相关的报道[19]。编码Ⅰ型和Ⅲ型菌毛的基因是否在特定的KP中检出，尚需要进一步的研究。

3 肺炎克雷伯菌携带质粒分析

近年来随着基因组测序技术的不断发展和普及化，肺炎克雷伯菌全基因组测序数量公布也随之大大增加。根据英国Sanger测序中心对300多株来自全球各地的肺炎克雷伯菌做了全基因组测序并进行了比对分析，惊奇的发现从肝脓肿脓液中分离出的肺炎克雷伯菌几乎都携带1个220 kb左右的大质粒，推测该质粒是肺炎克雷伯菌高毒力所必需的[20]。但这一假说并未有实验支持。

4 hvKP的临床特征及耐药性分析

HvKP不同于cKP在于可以引起健康的年轻人患社区获得性肝脓肿，并且具有远处转移的能力，主要包括眼内炎，脑膜炎，皮肤软组织化脓感染，腹腔炎，坏死性筋膜炎，关节脓肿等疾病，其预后比cKP引起的感染更差。尽管hvKP常感染无基础疾病的年轻人，但患者的死亡率仍不容忽视达到3%～42%[21-22]。糖尿病被认为是hvKP感染的另一危险因素，可以导致侵袭性眼内炎加重，血糖控制不佳会导致K1和K2型hvKP对眼部的侵害，导致视力下降[23]。近年来随着抗菌药物的不合理使用，普通肺炎克雷伯菌(cKP)的耐药性逐步增强，多重耐药现象已成为临床抗感染治疗的棘手问题。1996年，KPC基因首次在美国东部被鉴定出来，随后在意大利、希腊、以色列、哥伦比亚、中国、欧洲和南美国家等都相继检测出KPC基因的存在[24]。而hvKP对除氨苄青霉素以外的普通抗菌药物均表现出敏感。然而，随着肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶KPC、NDM等的水平传播，已经出现了碳青霉烯耐药的高毒力肺炎克雷伯菌(cr-hvKP)，其具有高水平耐药性、高度侵袭性并能够逃避宿主的免疫反应，使得临床治疗更具有挑战性。